Імітаційне моделювання процесу визначення параметрів шорсткості поверхні за допомогою комп'ютерних вимірювальних технологій

Abstract

Сучасні тенденції вищої освіти спрямовані на те, що освітній процес має ставати більш динамічним та гнучким, у тому числі при підготовці спеціалістів інженерного профілю у закладах вищої освіти. Під час пандемії, спричиненої COVID-19, більшість закладів перейшли на дистанційне навчання, у зв'язку з цим особливої актуальності набуває використання під час проведення лабораторних та практичних робіт віртуальних приладів, створених за допомогою графічного середовища програмування LabVIEW. Такі пристрої дозволяють проводити заняття дистанційно. У статті описано спроектований прилад для імітаційного моделювання процесу визначення параметрів шорсткості поверхні. Для реалізації цього завдання запропоновано модель розрахунку параметрів шорсткості поверхні, що враховує вплив геометричних параметрів різального інструменту та фізичних основ процесів різання обробки матеріалів. Процес моделювання виміру шорсткості проводиться у два етапи. На першому етапі проводиться моделювання руху щупа приладу по поверхні, що сканується, і звуку роботи приводу приладу. На другому етапі проводиться розрахунок параметрів шорсткості поверхні. Профіль шорсткості поверхні є суперпозицією теоретичного профілю, отриманого копіюванням профілю вершини різального інструменту на обробленій поверхні, та випадкового спотворення профілю внаслідок фізичних процесів різання. Для отримання координат точок теоретичного профілю розроблено алгоритм розрахунку поточного положення точки профілю залежно від співвідношення величин подачі та радіуса заокруглення різального інструменту. Зміна положення поточної точки теоретичного профілю поверхні внаслідок впливу фізичних процесів різання реалізується введенням випадкових коливань, накладених на профіль поверхні, які виробляє генератор випадкових чисел за законом рівної ймовірності. Описано методику обробки масиву координат точок профілю для отримання чисельних параметрів шорсткості поверхні Rz, Rа та Rmax. Застосування комп’ютерних вимірювальних технологій для вирішення задач в сфері інженерії при користуванні інформаційно-вимірювальною технікою надає змогу формувати у здобувачів здатність виконувати технічні вимірювання, одержувати, аналізувати та критично оцінювати отриманні результати вимірювань.

Modern trends in higher education are aimed at the fact that the educational process should become more dynamic and flexible, including the training of engineering specialists in higher educational institutions. During the pandemic caused by COVID-19, most institutions switched to distance learning, in connection with this, the use of virtual instruments created using the LabVIEW graphical programming environment is of particular relevance for practical and laboratory work. Such instruments allow you to conduct classes remotely. The article describes the designed virtual instrument for simulation modeling of the process of determining the surface roughness parameters. To implement this task, a model for calculating the surface roughness parameters is proposed, which takes into account the influence of the geometric parameters of the metal cutting tool and the physic of cutting process during workpiece processing. The modeling process of roughness measurement is carried out in two stages. At the first stage, the movement of the sensor of device the along the scanned surface and the sound of the device drive are simulated. At the second stage, the surface roughness parameters are calculated. The surface roughness profile is a superposition of the theoretical profile which is obtained by copying the profile of the cutting tool tip on the machined surface and random distortion of the profile due to the physic of cutting process. For the purpose of obtaining the coordinates of the theoretical profile points of the workpiece after processing it, an algorithm has been developed for calculating the current position of the profile point depending on the ratio of the feed values and the curvature radius tip of the cutting tool. Changing the position of the current point of the theoretical surface profile due to the impact of the physic of cutting process is taken into account by introducing random oscillations superimposed on the surface profile, which are generated by a random number generator according to the law of equal probability. A technique for processing an array of profile points coordinates to obtain surface roughness numerical parameters Rz, Ra and Rmax is described. The use of computer measuring technologies for solving tasks in the field of engineering using information and measuring equipment allows students to develop the skills to perform technical measurements, receive, analyze and critically evaluate the obtained measurement results.